建筑物抗震性能的理解

趙國梁

摘 要：高層建筑的抗震設(shè)計是高層建筑在我國的重要內(nèi)容，如何進(jìn)行抗震設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，地震設(shè)計必須進(jìn)行多方面的設(shè)計，以避免在高層建筑抗震設(shè)計中的一些問題，高層建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)，更經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。為了提高建筑的抗震性能，本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震問題，進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計；措施

1 建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要素

1.1在抗震設(shè)計中有意識、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。

1.2一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。

1.3構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲備，構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。

1.4強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時倒塌。

1.5要使樓層（部位）的實(shí)際承載能力和設(shè)計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。

1.6要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要充分考慮建筑的抗震能力，這關(guān)乎人民的生命財產(chǎn)安全。我國位于環(huán)太平洋地震帶以及地中海―喜馬拉雅地震帶上，因此我國是一個地震多發(fā)的國家之一。但是，從目前我國建筑的抗震能力來看，還存在著許多的問題。一直以來我國在進(jìn)行建筑設(shè)計時都遵循著小震不壞，中震可修，大震不倒的原則，雖然這樣的設(shè)計理念在建筑物的抗震方面取得了一定的成效，可是，在面臨大的地震時還是存在不足。尤其是一些設(shè)計人員的僥幸心理，在設(shè)計時缺少靈活的應(yīng)變，一味的照抄照搬，使數(shù)據(jù)最終產(chǎn)生錯誤。不僅如此，在進(jìn)行建筑施工時，一些建筑承包公司為了節(jié)省建筑開支，從而偷工減料，降低了建筑物的抗震能力，有的甚至是私自改變施工的設(shè)計方案，最后在導(dǎo)致建筑物抗震結(jié)構(gòu)的改變。而施工人員不夠?qū)I(yè)也會影響整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，施工人員在進(jìn)行施工時，為了方便或者自身的不注意，對鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的施工沒有做到設(shè)計的相關(guān)要求，最終影響了整個工程的施工質(zhì)量。

3 影響建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的因素

3.1建筑選址不當(dāng)

當(dāng)建筑物的建造場地在軟土、液化土等土壤分布不均等場地時，在地震發(fā)生時可能會導(dǎo)致建筑物的崩塌和下陷，這是由于地基內(nèi)土壤存在軟弱粘性的土壤和不均勻的土層造成的，尤其在填土的區(qū)域，一旦建筑物建設(shè)時如果無法避開土地和地形地勢的影響，并且沒有對地基進(jìn)行加固處理和建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，建筑周圍土質(zhì)往往會發(fā)生地陷和塌方滑移情況，從而對建筑物造成破壞。

3.2平面選擇不合理

人為原因?qū)ㄖY(jié)構(gòu)的抗震性能造成影響主要是建筑外形設(shè)計不合理，其主要表現(xiàn)形式是建筑結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)凸角等。一般而言在某些建筑物的設(shè)計上，為了追求建筑結(jié)構(gòu)美觀和特殊的需要，建筑結(jié)構(gòu)上會設(shè)計一些凸角，但是在建筑結(jié)構(gòu)上的凸角往往由于設(shè)計不盡合理，在地震發(fā)生時，受力的不平衡導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的剛度下降，從而對建筑造成極大的破壞。

3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計不科學(xué)

我們應(yīng)該注意建筑結(jié)構(gòu)的延伸性，增強(qiáng)建筑設(shè)計的防震能力。當(dāng)發(fā)生較大的地震災(zāi)害時，建筑結(jié)構(gòu)的延性能力的性能十分重要，某種程度上來說，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性能力能夠產(chǎn)生更大的抗震能力。建筑結(jié)構(gòu)的延性能力主要是通過破壞部分次要的建筑構(gòu)件來減輕地震對整個建筑結(jié)構(gòu)所造成的破壞，達(dá)到對建筑物整體的保護(hù)作用。如果在延性框架上的設(shè)計缺乏合理，沒有正確的選擇一個可以受到強(qiáng)力作用的形變構(gòu)件，建筑結(jié)構(gòu)延性構(gòu)件還沒有發(fā)揮其延性就遭到破壞，從而對建筑結(jié)構(gòu)造成破壞。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震措施

4.1建筑場地的選址和地基與基礎(chǔ)設(shè)計

4.1.1建筑物的抗震能力與場地的選擇有緊密的聯(lián)系，實(shí)踐證明，由于建筑的場地的不同雖然是同種建筑物，但是破壞的程度大有不同，建筑場地選址時應(yīng)盡量選擇平原地帶，沒有斷層通過或是斷層交匯的地帶。

4.1.2地基與基礎(chǔ)設(shè)計在防震結(jié)構(gòu)設(shè)計中起著重要的作用，由于是基礎(chǔ)工程，它設(shè)計的質(zhì)量直接影響著整個設(shè)計的流程進(jìn)行，要想是建筑順利進(jìn)行，就要處理好地基沉降及承載力的問題，要調(diào)節(jié)好不均勻的沉降基礎(chǔ)，盡量減少影響地基沉降的因素，使其在承載力或是整體結(jié)構(gòu)上達(dá)到規(guī)范性的要求

4.2建筑結(jié)構(gòu)抗震體系的合理選擇

4.2.1建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個建筑結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一個重要原則就是結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有必要的贅余度、良好的變形能力和內(nèi)力重分配的功能，地震中，即使一部分構(gòu)件退出工作，其余部分構(gòu)件仍能承擔(dān)起豎向荷載，避免整體建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

4.2.2建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)具有清晰明確的計算簡圖和恰當(dāng)合理的地震作用傳遞路徑。在這過程中，豎向建筑構(gòu)件的布置，應(yīng)盡量使豎向建筑構(gòu)件在垂直重力荷載作用下的壓應(yīng)力水平接近均勻；樓屋蓋梁體系的布置，應(yīng)盡量使垂直重力荷載以最短的路徑傳遞到豎向構(gòu)件墻、柱上去；轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系的布置，應(yīng)盡量做到使上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件傳遞來的垂直重力荷載通過轉(zhuǎn)換層一次至多二次轉(zhuǎn)換。

4.3剛度、承載力和延性的匹配

當(dāng)結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低；反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關(guān)，具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價的。要使建筑物具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實(shí)際工程中很難做到。

4.4多道抗震防線的設(shè)置

抗震建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。首先宜有多道抗震防線，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承裁能力。這樣的結(jié)構(gòu)體系對保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的。同時底框建筑底層高度不宜太高，應(yīng)控制在4.5m以下。高度加大，底層剛度減小，重心提高，使框架柱的長細(xì)比增大，更容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。而且由于高度較大，很多建筑房間被業(yè)主一層改成了兩層，造成了較大的安全隱患。宜具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位。產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。

5 結(jié)語

總之，為了提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，不僅要依靠準(zhǔn)確的地震作用計算和分析，更要注重高層建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計。因此，在設(shè)計時，要采用比較常規(guī)的結(jié)構(gòu)體系，綜合評價施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，做好抗震設(shè)防工作，加強(qiáng)抗震設(shè)防措施，以確保高層建筑的抗震性能。

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（作者單位：大連建筑設(shè)計研究所有限公司；

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